No edema pulmonar, o fluido se acumula nos alvéolos e espaços intersticiais dos pulmões. Este fluido vaza dos capilares pulmonares devido ao aumento da pressão hidrostática (edema cardiogênico, ex., insuficiência cardíaca esquerda) ou aumento da permeabilidade capilar (não cardiogênico, ex., SDRA).
A membrana respiratória (epitélio alveolar, membrana basal, endotélio capilar) normalmente mede 0,2–0,5 µm de espessura, permitindo rápida difusão de O₂ e CO₂. No edema pulmonar:
A membrana espessada retarda a transferência de O₂ dos alvéolos para os capilares pulmonares, levando à hipoxemia (baixo O₂ arterial). A difusão de CO₂ é menos afetada devido à sua maior solubilidade, mas edema grave pode causar hipercapnia. Essa mudança fisiopatológica subjaz à dispneia, taquipneia e hipoxia vistas clinicamente.